JP4892413B2 - 円筒状部材の内外面同時カーテン塗装方法、及び、円筒状部材の内外面同時カーテン塗装装置 - Google Patents

Description

本発明は、環状塗布方法の一種であって、樹脂により構成された柔軟な円筒状部材の内周面と外周面とに塗布材料を均一に同時に塗布するカーテン塗布方法に関するものであり、特に電子写真方式を用いた複写機、プリンタ、ファックス等の画像形成装置における定着、加圧、帯電，転写、現像等に使用される、柔軟な基材からなる無端ベルトの内外面への同時カーテン塗布方法、及びその方法を用いた塗膜形成装置に関するものである。

電子写真の原理に基づく複写機やファクシミリ、レーザービームプリンター（ＬＢＰ）などの画像形成装置では、加熱された定着部材とこの定着部材に圧接する加圧部材との間にトナー像が転写された転写紙を通して、トナーを溶融するとともに、前記転写紙に定着させる定着プロセスを行うのが一般的である。

この定着プロセスで用いられる定着ローラあるいはベルトなどの定着部材は、ポリイミドなどの樹脂で構成される柔軟な無端状の基体上にシリコーンゴムなどを塗布して耐熱性のある弾性層を形成したもの、あるいはさらにその上にフッ素樹脂をチューブ被覆する、あるいは塗布し離型層を形成したものが一般的である（例えば特開２００２−０１４５５７公報）。

前述した弾性層は、定着時のトナーを転写紙に押圧する圧力を均一にし、画像の粒状度を向上させるためのものである。また、この弾性層の熱伝導性は装置の立ち上がり時間（所定の温度に達する時間）に影響を与える。以上のことから、前述の弾性層はその膜厚が均一であることが求められている。

上述の定着用部材を用いた定着装置においては、定着性の向上および画像ムラ等の防止のために定着部材に導電性を付与させたり、また定着ベルトであればその構成上、支持部材が定着ベルト内面に接することになるため、安定した駆動のために定着ベルト内面に摺動性を付与させたりすることがある。

これらの付与特性は定着部材の基材自体が備えている場合には問題がないが、金属基体などの摺動性に劣る基体を用いる場合などでは、これら基材の内面に上述した特性を持つ塗料からなる塗布層を形成する対策がしばしば行われる。

このような場合、一般的には、内面塗膜の形成工程と内面塗膜の乾燥工程、さらに外面塗膜の形成工程と外面塗膜の乾燥工程を一連して行うことになり、そのため所要工数の増加などによるコスト高を招いていた。さらに、上述の工程を順番に行っていたのでは内面塗装時と外面塗装時とにおいて円筒状部材を別々の方法で高精度に位置決め、あるいは把持しなければならず、塗布装置システムの高額化を招いていた。

これらの課題を解決するために、本発明者等は、円筒状部材の内周面（内面）と外周面（外面）とを同時に塗装できる方法の開発に着手した。

しかしながら、上述したように、円筒状部材の内面と外面とに形成する塗膜は、異なる機能を発揮させる必要があるため、異なる塗料あるいは異なる膜厚からなることを要求されることが多く、このような内外面を異なる種類の塗料によっておこなう同時塗装に対応する必要があり、そのため、円筒状部材を大容積の塗料液槽内に浸漬して引き上げるような、従来の安易な、一般的な浸漬塗布方法では、上記課題の解決は不可能である。

ここで、一般的に知られている円筒状部材の外面のみあるいは内面のみへの塗膜形成方法を下に示す。

まず、円筒状部材の外面へ塗膜を形成する方法としては、浸漬塗布法（特開２０００−６１３７４公報、特開２００５−１５２８３０公報）、環状カーテン塗布法、スプレー塗布法、ブレード塗布法やロール塗布法等の種々の方法が知られている。また、円筒状部材の内面へ塗膜を形成する方法としては、上記の方法以外に、高速回転させた円筒部材の内面側に塗料を注入し、遠心力により塗料を内面に押付けながら塗膜を形成する方法（特開平１１−２６８０５８号公報）や円筒部材の内側に塗装用パイプを挿入し、塗装用パイプ外面に一次膜を形成させた後、これを円筒部材内面に物理的に接触させることにより塗膜を形成する方法（特開平１１−１５６２９４号公報）などが知られている。

ここで、内外面塗膜の同時形成を行う場合には、上記の環状塗布法を組合せて実施する方法が考えられる。本発明者等も、実際に、これら技術を応用して、内外面塗膜の同時形成に環状塗布法を採用した装置を製作したところ、塗膜の膜厚が不均一となる課題が顕在化した。

一般的に被塗布部材の外面に平滑性及び均一性の良好な塗膜を環状の浸漬塗布法により形成するためには、環状塗布ヘッドの塗布スリットと被塗布部材との間に形成される間隔（ＣＧ、コーティングギャップ）を被塗布部材の軸方向の塗装領域内で偏芯させないよう常に一定の間隔とすることが要求される。

すなわち、円筒状部材と環状塗布ヘッドとの間が偏芯していると、円筒状部材の周方向に膜厚偏差が生じたり、あるいは塗布材に対して周方向に不均一なせん断力が加わることになり、微細な泡や縦すじむらが生じたりして、塗布面全域において均一で高精度な塗膜を得ることが難しい。すなわち、被塗布部材は環状塗布ヘッドに対して高精度に同芯となるよう位置決めされることを求められる。しかしながら、無端ベルトのような柔軟な基材に対して外面を塗装するときに、上記同芯を達成するために有効な手段である中子は内外面同時塗装では内面側も塗装するために、用いることができず、上記同芯を達成する方法がなかった。

さらに、環状塗布ヘッドの被塗布部材に対する相対移動に対しても上記の同芯と云う条件を満足させる必要があるために鉛直方向への高精度な駆動を要求され、そのとき、装置コストの増大が問題となる。
特開２０００−６１３７４公報 特開２００５−１５２８３０公報 特開平１１−２６８０５８号公報 特開平１１−１５６２９４号公報

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、装置コストの大幅なアップなしに、樹脂により構成された柔軟な円筒形部材の内外面を同時に、精度、及び、効率良く塗布を行う円筒状部材の内外面同時カーテン塗装方法、及び、このような内外面同時塗布を可能とする円筒状部材の内外面同時カーテン塗装装置を提供することを目的としている。

本発明の円筒状部材の内外面同時カーテン塗装方法は上記課題を解決するため、請求項１に記載の通り、樹脂により構成された柔軟な円筒状部材をその軸が鉛直になるよう保ちながら該円筒状部材の内外面を同時に塗装する円筒状部材の内外面同時カーテン塗装方法において、（ａ）前記円筒状部材の内部となるように設けられた、該円筒状部材の内面の全周に対し、放射状に第１の塗料を吐出するスリット状の第１のノズルと、（ｂ）該第１のノズルに対向するように前記円筒状部材の外部となるように、該円筒状部材の外面の全周に対し、該円筒状部材の軸方向に第２の塗料を環状に吐出するスリット状の第２のノズルと、を用いて、第１のノズルから吐出される第１の塗料が該円筒状部材の内面に接触する高さと、第２のノズルから吐出される第２の塗料が該円筒状部材の外面に接触する高さと、が同じになる位置で、前記円筒状部材の内外面を同時に塗装することを特徴とする円筒状部材の内外面同時カーテン塗装方法である。

また、本発明の円筒状部材の内外面同時カーテン塗装方法は、請求項２に記載の通り、請求項１に記載の円筒状部材の内外面同時カーテン塗装方法において、上記円筒状部材を鉛直方向に移動させながら塗布することを特徴とする。

また、本発明の円筒状部材の内外面同時カーテン塗装方法は、請求項３に記載の通り、請求項１または請求項２に記載の円筒状部材の内外面同時カーテン塗装方法において、上記第１のノズルと第２のノズルとが同じ高さに設けられていることを特徴とする。

本発明の円筒状部材の内外面同時カーテン塗装装置は請求項４に記載の通り、樹脂により構成された柔軟な円筒状部材をその軸が鉛直になるよう保つ円筒状部材保持手段、前記円筒状部材の内部となる位置に、該円筒状部材の内面の全周に対し、放射状に塗料を吐出するスリット状の第１のノズル、前記円筒状部材の外部となり、かつ、該第１のノズルに対向する位置に、該円筒状部材の外面の全周に対し、該円筒状部材の軸方向に塗料を吐出するスリット状の第２のノズル、及び、前記第１のノズル及び前記第２のノズルに塗料を供給する塗料供給手段を備えていることを特徴とする円筒状部材の内外面同時カーテン塗装装置である。

また、本発明の円筒状部材の内外面同時カーテン塗装装置は請求項５に記載の通り、請求項４に記載の円筒状部材の内外面同時塗装装置において、前記円筒状部材を垂直方向に駆動する円筒状部材垂直駆動手段が設けられていることを特徴とする。

また、本発明の円筒状部材の内外面同時カーテン塗装装置は請求項６に記載の通り、請求項４または請求項５に記載の円筒状部材の内外面同時塗装装置において、上記第１のノズルと第２のノズルとが同じ高さに設けられていることを特徴とする。

本発明の円筒状部材の内外面同時カーテン塗装方法によれば、無端ベルト基材のような柔軟な材料からなる円筒状部材に対し、装置コストの大幅なアップなしに、円筒形部材の内外面を同時に、精度、及び、効率良く塗布を行うことができる。さらに内外面の塗装が１回で済むことから、従来２回必要であった乾燥や硬化処理などの加熱工程も１工程で行うことができ、時間的のみならず、エネルギーコスト的にも有利となる。

また、請求項２に記載の本発明の円筒状部材の内外面同時カーテン塗装方法によれば、上記円筒状部材を鉛直方向に移動させながら塗布することにより、第１のノズル及び第２のノズルを鉛直方向に移動させる必要がなくなり、そのため、装置コストが低廉となると共に、これらを移動させるときに問題となる精度低下や装置の大型化を防止することができる。

また、請求項３に記載の本発明の円筒状部材の内外面同時カーテン塗装方法によれば、上記第１のノズルと第２のノズルとが同じ高さに設けられているために、これらノズルから吐出される塗料の吐出圧制御が容易となり、装置の製造コストが低廉となる。

本発明の円筒状部材の内外面同時カーテン塗装装置によれば、樹脂により構成される柔軟な円筒状部材をその軸が鉛直になるよう保つ円筒状部材保持手段、前記円筒状部材の内部となる位置に、該円筒状部材の内面の全周に対し、放射状に塗料を吐出するスリット状の第１のノズル、前記円筒状部材の外部となり、かつ、該第１のノズルに対向する位置に、該円筒状部材の外面の全周に対し、該円筒状部材の軸方向に環状に塗料を吐出するスリット状の第２のノズル、及び、前記第１のノズル及び前記第２のノズルに塗料を供給する塗料供給手段を備えているために、上記円筒状部材の内外面同時カーテン塗装方法を実施することができ、そのとき、円筒状部材が無端ベルト基材のような柔軟な材料からなる場合において、装置コストの大幅なアップなしに、円筒形部材の内外面を同時に、精度、及び、効率良く塗布を行うことができる。さらに内外面の塗装が１回で済むことから、従来２回必要であった乾燥や硬化処理などの加熱工程も１工程で行うことができ、時間的のみならず、エネルギーコスト的にも有利となる。

また、請求項５に記載の本発明の円筒状部材の内外面同時カーテン塗装装置によれば、前記円筒状部材を垂直方向に駆動する円筒状部材垂直駆動手段が設けられているため、上記円筒状部材を鉛直方向に移動させながら塗布することにより、第１のノズル及び第２のノズルを鉛直方向に移動させる必要がなくなり、そのため、装置コストが低廉となると共に、これらを移動させるときに問題となる精度低下や装置の大型化を防止することができる。

また、請求項６に記載の本発明の円筒状部材の内外面同時カーテン塗装装置によれば、上記第１のノズルと第２のノズルとが同じ高さに設けられているために、これらノズルから吐出される塗料の吐出圧制御が容易となり、装置の製造コストが低廉となる。

以下、本発明に係る円筒状部材の内外面同時塗装方法について、図１ないし図４に基づいて説明する。

図１は、本発明に係る円筒状部材の内外面同時塗装装置全体のモデル図である。

図１において符号１はベースを示し、ベース１上に柱状の背面ベース２が鉛直に設けられ、背面ベース２には鉛直方向に動作する第１のアクチュエータ３が付属し、このアクチュエータ３により支持梁４及び８が鉛直方向、すなわち上下方向に駆動されるようになっていて、この装置に被塗装品である円筒状部材Ｗをセットするときに、その妨げとならないよう、退避可能となっている。

すなわち塗装前の円筒状部材Ｗをこの塗装装置にセットする場合、及び、塗装後の円筒状部材Ｗをこの塗装装置から取り外す際には、アクチュエータ３とアクチュエータ１５とによって、アクチュエータ３によって塗布ヘッド５及び６、さらに、部材保持台９Ａを円筒状部材Ｗの上端よりも高い位置に移動（退避）させることにより、容易に作業を行うことができる。

支持梁８には支持梁８に付属する下方に延びるアーム７によって、円筒状部材Ｗの内面の全周に対し、放射状に第１の塗料を吐出するスリット状の第１のノズル６ａを備えた塗布ヘッド６が懸架されていて、装置にセットされた塗装対象の円筒状部材Ｗの内部に位置している。

一方、支持梁４によって、支持梁４上方には、円筒状部材Ｗの外部に、該円筒状部材Ｗの外面の全周に対し、該円筒状部材Ｗの軸方向に第２の塗料を環状に吐出するスリット状の第２のノズル５ａを備えた塗布ヘッド５が支持されている。

この第２のノズル５ａはこの例では第１のノズル６ａに対向するように、かつ、同じ高さとなるように設置されている。

円筒状部材Ｗはベース１上に設けられた部材保持台９Ｂに載置されている。部材保持台９Ｂは内部にあるアクチュエータ（図示しない）によって鉛直方向に移動可能となっている。

図２に円筒状部材Ｗの載置状態を示す。部材保持台９Ｂには円錐状の載置部９Ｂ１が設けられて、この上に円筒状部材Ｗが、この円錐状の載置部９Ｂ１と同芯となるように載置されている。

一方、円筒状部材Ｗの上端部は部材保持台９Ａによって保持されている。部材保持台９Ａは、円筒状部材Ｗの重量が大きい場合には、部材保持台９Ｂの動きに従って動くが、円筒状部材Ｗが定着ベルトの基材の場合等で、軽い場合には後述するノズルから吐出する塗料の影響（用いる塗料の粘度が高いときに、この影響が顕著となる）等により部材保持台９Ｂの動きに追従しないおそれがある場合等に必要となる。

このような部材保持台９Ａは軸が垂直方向と一致するように、アーム９Ａｃによって、上記背面ベースに取り付けられたアクチュエータ１５に接続され、上記部材保持台９Ｂと同期して鉛直方向に駆動されるようになっている。

円筒状部材Ｗ保持時には、部材保持台９Ａの下端に設けられた環状溝９Ａａに円筒状部材Ｗの上端部が嵌合するように保持されているが、このとき、環状溝９Ａａの円筒状部材Ｗを挟むように、かつ、円筒状部材Ｗを押し下げるよう、すなわち、上記円錐状の載置部９Ｂ１に向かって押しつけるように、設けられた３つの空気吹き出しスロット９Ａｂから、吹き出される圧搾空気（図示しないコンプレッサから供給される）によって、円筒状部材Ｗの上端部は緩く保持されている。

上記第１のノズル６ａは、配管によって塗料供給ユニット１１に接続され、第１のノズル６ａへは塗料タンク内の、予め調整された第１の塗料Ｍｂが図示しない定量ポンプによって供給される。

また第２のノズル５ａは、配管によって塗料供給ユニット１０に接続されている。塗料供給ユニット１０にはこの例では互いに異なった塗料成分が内容された２つの塗料タンクが備えられ、それぞれ１つずつ接続された定量ポンプによって、混合ユニットに送られ、そこで均一に混合されて第２の塗料Ｍａとなって、第２のノズル５ａへ供給される。

図３に、内外同時塗装中の状態をモデル的に示した。この例では、円筒状部材Ｗを、その軸が鉛直になるよう保ちながら円筒状部材Ｗの内外面を同時に塗装する円筒状部材の内外面同時塗装方法であって、円筒状部材Ｗの内部となるように設けられた、円筒状部材Ｗの内面の全周に対し、放射状に第１の塗料Ｍｂを吐出する、塗布ヘッド６に設けられたスリット状の第１のノズル６ａと、第１のノズル６ａに対向するように円筒状部材Ｗの外部となるように設けられた、円筒状部材Ｗの外面の全周に対し、円筒状部材Ｗの軸方向に第２の塗料Ｍａを環状に吐出する、塗布ヘッド５に設けられたスリット状の第２のノズル５ａと、により、かつ、第１のノズル６ａから吐出される第１の塗料Ｍｂが円筒状部材Ｗの内面に接触する高さと、第２のノズル５ａから吐出される第２の塗料Ｍａが円筒状部材Ｗの外面に接触する高さと、が同じになる位置で、円筒状部材Ｗの内外面を同時に塗装する例であって、アクチュエータにより同期駆動する部材保持台９Ｂと部材保持台９Ａとによって保持された円筒状部材Ｗを上方から下方に鉛直方向に移動しながら、これらノズル５ａ及び６ａからそれぞれ塗料を膜状（いわゆる、カーテン状）に吐出して塗布する例である。

ここで、第１のノズル６ａから吐出される第１の塗料Ｍｂが円筒状部材Ｗの内面に接触する高さと、第２のノズル５ａから吐出される第２の塗料Ｍａが円筒状部材Ｗの外面に接触する高さとが同じになる位置になるように調節するには、塗料供給ユニット１０及び１１の定量ポンプによる塗料の吐出量を調節し、これら２つの塗料が、円筒状部材Ｗの内径と外径とを平均した径で接触するようにすればよい。
なお、必要な場合には、予め塗布目的の円筒状部材Ｗと同じ形状とした、透明な材料からなる円筒状部材を用いて、塗料の吐出状態を視認により確認しながらこれら塗料の吐出量を調整することができる。また、水平投射の公式を近似的に利用することによりシミュレートすることもできる。

このように、吐出量を調整することで、第１のノズル６ａから膜状に吐出される第１の塗料Ｍｂが円筒状部材Ｗの内面に接触する高さと、第２のノズル５ａから膜状に吐出される第２の塗料Ｍａが円筒状部材Ｗの外面に接触する高さと、が同じになる位置で円筒状部材Ｗの内外面を同時に塗装することができ、かつ、このときにこれら塗料によって被塗装物である円筒状部材Ｗの内外から加わる力が均衡するので、円筒状部材Ｗが無端ベルト基材のような柔軟な材料からなる場合であっても、塗装されている部分の変形が防止され、均一な塗装が可能となる。

さらに、円筒状部材Ｗの塗装されている部分がこれらノズル５ａ及び６ｂに対しての同軸性が失われていた場合には、円筒状部材Ｗ上端は上記のように部材保持台９Ａで圧搾空気によって緩やかに保持されているだけであるので、これら塗料の吐出圧力を受けて、同軸となる位置へと自律的に修正されるので、内外面とも常に均一な厚さの塗膜が形成される。

図３に示した塗布は吐出された塗料を膜状に保ちながら行う、カーテン塗布であり、ノズル５ａ及び６ｂの先端と円筒状部材Ｗとの間のギャップ（図中ＣＧ）が比較的大きく（形成される膜厚の１．５倍以上）、ノズルから吐出された塗料は膜状（カーテン状）となって円筒状部材Ｗに接触する。

この場合はこのような膜状（カーテン状）形状が形成されるように用いる塗料の性状、特にその粘度を予め検討して設定する。

図４により、比較的広い粘度範囲で行うことができる塗布方法を説明する。ここで、塗布装置は、塗布ヘッド以外は上記で説明したものと同じものである。

この場合、図３のカーテン塗布の場合よりも、ノズル５ａ及び６ｂの先端と円筒状部材Ｗとの間のギャップ（図中ＣＧ’）が短くなっており、塗料はノズルにより吐出された直後に、同じ高さで円筒状部材Ｗに塗布される。さらに、この例では、
部材保持台９Ａ及び９Ｂは同期して、これらによって保持された円筒状部材Ｗを下方から上方に向かって移動させながら塗装が行われる。

この例でも円筒状部材Ｗの内面と外面とは同じ高さで塗布されるため、ノズル５ａ及び６ｂから吐出される塗料の圧力による影響は極めて小さく、ノズル５ａ及び６ｂと円筒状部材Ｗとの同軸関係が保たれるので、均一な塗膜が形成される。

上記例においては塗布ヘッド５及び６を固定し、円筒状部材Ｗを鉛直方向に移動させながら、塗布を行う例について説明したが、円筒状部材Ｗを固定し、塗布ヘッド５及び６を鉛直方向に移動させながら塗装するようにしてもよく、また、塗布ヘッド５及び６と円筒状部材Ｗとを互いに逆となる鉛直方向に移動させながら塗布を行っても良い。ただし、塗布ヘッド５及び６を固定して円筒状部材Ｗを鉛直方向に動かしながら塗装するようにした場合、比較的重量のある塗布ヘッド５及び６を固定するため、装置コストも安価となり、また、これらヘッドの位置精度も容易に高くできるので好ましい。また、このとき、ヘッドを駆動するアクチュエータの振れの影響や背面ベースの精度の影響を排除することができる。

本発明の円筒状部材の内外面同時塗装方法で用いる円筒状部材の内画面同時塗装装置の一例を示すモデル図である。 上記装置での円筒状部材Ｗの載置状態を示すモデル図である。 上記装置による、内外同時塗装中の状態をモデル的に示した図である。 内外同時塗装中の他の状態をモデル的に示した図である。

符号の説明

１ ベース
２ 背面ベース
３、１５ アクチュエータ
４、８ 支持梁
５、６ 塗布ヘッド
５ａ 第２のノズル
６ａ 第１のノズル
７ アーム
９Ａ、９Ｂ 部材保持台
９Ａｃ アーム
９Ａａ 環状溝
９Ａｂ 空気吹き出しスロット
９Ｂ１ 円錐状の載置部
１０、１１ 塗料供給ユニット
Ｗ 円筒状部材

Claims (6)

1. 樹脂により構成された柔軟な円筒状部材をその軸が鉛直になるよう保ちながら該円筒状部材の内外面を同時に塗装する円筒状部材の内外面同時カーテン塗装方法において、
   （ａ）前記円筒状部材の内部となるように設けられた、該円筒状部材の内面の全周に対し、放射状に第１の塗料を吐出するスリット状の第１のノズルと、（ｂ）該第１のノズルに対向するように前記円筒状部材の外部となるように、該円筒状部材の外面の全周に対し、該円筒状部材の軸方向に第２の塗料を環状に吐出するスリット状の第２のノズルと、を用いて、第１のノズルから吐出される第１の塗料が該円筒状部材の内面に接触する高さと、第２のノズルから吐出される第２の塗料が該円筒状部材の外面に接触する高さと、が同じになる位置で、前記円筒状部材の内外面を同時に塗装することを特徴とする円筒状部材の内外面同時カーテン塗装方法。
2. 上記円筒状部材を鉛直方向に移動させながら塗布することを特徴とする請求項１に記載の円筒状部材の内外面同時カーテン塗装方法。
3. 上記第１のノズルと第２のノズルとが同じ高さに設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の円筒状部材の内外面同時カーテン塗装方法。
4. 樹脂により構成された柔軟な円筒状部材をその軸が鉛直になるよう保つ円筒状部材保持手段、
   （ａ）前記円筒状部材の内部となる位置に、該円筒状部材の内面の全周に対し、放射状に塗料を吐出するスリット状の第１のノズルと、（ｂ）前記円筒状部材の外部となり、かつ、該第１のノズルに対向する位置に、該円筒状部材の外面の全周に対し、該円筒状部材の軸方向に環状に塗料を吐出するスリット状の第２のノズル、及び、
   前記第１のノズル及び前記第２のノズルに塗料を供給する塗料供給手段を
   備えていることを特徴とする円筒状部材の内外面同時カーテン塗装装置。
5. 前記円筒状部材を垂直方向に駆動する円筒状部材垂直駆動手段が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の円筒状部材の内外面同時カーテン塗装装置。
6. 上記第１のノズルと第２のノズルとが同じ高さに設けられていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の円筒状部材の内外面同時カーテン塗装装置。

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